山東水文信息化頂層設計構想

王效忠

（山東省水文局，山東濟南250002）

1 項目背景

以習近平同志為核心的黨中央高度重視、發展和治理互聯網，把推動網絡安全與信息化發展作為促進社會進步、增進人民福祉的基礎性工程。水利部提出水利工程補短板、水利行業強監管的水利改革發展總基調，大力推進智慧水利［1］，全力驅動水利治理體系和治理能力現代化。山東省順勢而為推進數字山東數字政府建設，加快推進政府治理體系和治理能力現代化。水利廳組織編制了數字水利頂層規劃等規劃方案積極推進數字水利建設。為全面落實各級政府關于信息化工作的總體部署，全面規范數字水文建設，亟須制定山東水文信息化頂層設計。

2 編制意義

按照山東水文改革發展三步走的戰略目標，統籌考慮全身水文信息化工作現狀、問題和需求，統攬全局，針對信息化工作中亟待解決的全局性、系統性、原則性問題，站在全局的高度，著眼全省，提出推進信息化工作的基本原則、發展目標、總體架構、建設思路、主要任務、建設方法、進度計劃和保障措施等，作為當前和今后一個時期指導全省水文信息化建設的綱領性文件，全面推進水文信息化工作。

3 水文職能

貫徹實施國家有關水文的系列政策、法規文件；負責水文站網的規劃、建設與管理；開展降水、蒸發等各種水文要素監測評價和資料匯交；開展水文科研和情報預報，為防汛抗旱及國民經濟發展提供水文科學支撐等。

4 現狀評估

山東高度重視水文信息化工作，通過國家防汛抗旱指揮系統、中小河流、國家地下水、大江大河等項目建設，基本建成覆蓋江河湖庫、總體布局合理、監測項目齊全、整體功能較強的水文監測站網體系，實現了對基本水文情勢的有效控制。水文設施工程建設項目的實施，將進一步完善水文監測站網，健全水文業務網絡，改善軟硬件設施環境，提升水情預報能力，為山東水文從“傳統水文”向“數字水文”和“智慧水文”的轉變打下了良好的基礎。

5 存在問題

水文信息化建設雖然取得了較大成績，但仍存在信息系統整合不足、服務效能不高、數據資源開發利用水平低等問題，信息資源碎片化、業務應用條塊化、服務分割化等問題依然明顯，提升治理體系和治理能力現代化的作用尚未充分發揮，改革意識、管理機制、資源整合、業務協同水平有待提升。

5.1 思想認識不足

一是對水文信息化重要性認識不夠，機構、人才和資金投入嚴重不足。立項缺少依據，審查裝備標準低，缺乏建設標準，重建輕管，缺少運維經費，已建系統很難持續發揮效益。二是責任不清、邊界不明。常把水文業務和信息化割裂開來，把信息化當輔助工具，對信息化需要整體推進才能充分發揮效益認識不足，注重單一應用，缺乏總體規劃，未將水文信息化全面融入水文事業改革與創新發展全進程。

5.2 缺乏頂層設計

水文信息化建設缺乏統一規劃和頂層設計，無法系統整體推進水文信息化工作。水文信息化建設是一個整體，全面體現在信息采集、傳輸、處理、存儲、分析、應用、服務等整個生產服務流程，水文與信息化深度融合不可分割。實際工作中，根據資金來源和部門職能分工，立足自身需求，各搞各的系統，注重單一應用，存在低水平重復開發現象，缺乏統一架構標準，系統集成困難，無法整體提升水文工作的信息化水平。

5.3 缺乏全面感知

現有水文站網以監測大流域、大水體為主，監測尺度較大。隨著新時代治水主要矛盾的轉變，人民對水資源水生態水環境的需求越來越迫切，現有監測站網短板日趨明顯。一是監測對象不全。如37座大型水庫，3 處無水文站；217 座中型水庫已建水文站111處，地方自建23 處，86 處無水文站；小型水庫未建水文站。二是水文測站信息化程度偏低。三是監測手段自動化程度偏低。四是監測設備標準不統一。五是以點監測為主，線面監測不足。六是感知信道不健全，保證率低。

5.4 集約化程度低

信息化資源分散，運維困難，無法集約化高效利用；網絡通信覆蓋不全，未建成一張網；計算存儲能力不足；容災保障能力不足。水文數據資源缺乏整合，內部數據管理分散，外部數據共享不足，網絡信息獲取不足，全方位數據挖掘和分析應用能力不足。

5.5 決策支撐不足

受項目和資金來源限制，各個部門自行組織開發，能滿足各自水文業務工作需要。缺乏統一標準架構，功能單一，集成困難部門間發展不協同，難以互聯互通協同聯動。跨部門跨專業綜合分析與信息服務等綜合分析應用方面空白。遙感應用和跨行業協同較少，水文信息化綜合支撐能力有待提高。

5.6 安全保障不足

管理機構不健全，市局無專職機構；缺乏統一標準規范體系；應急監測保障能力不足；水文科研創新應用不足；運維體系不健全；信息網絡防護能力不足；部分應用系統未測評備案上線“裸奔”；網站管理維護亟待加強。

6 需求分析

根據新時代水利改革發展總基調，結合數字水利智慧水利總體要求，堅持問題導向和“實用、安全”總要求，按照互聯互通、信息共享和業務協同的原則，實現從采集感知、數據資源、應用支撐、業務應用、公共服務、性能和安全、新技術應用等各項水文業務生產服務的全流程貫通整合，建設智能水文感知、智能數據處理、綜合業務支撐、創新公共服務、系統安全保障、技術融合應用體系，全面推進水文現代化建設。

7 指導思想

以新時代中國特色社會主義為指導，貫徹新時代水利改革發展總基調，補齊水文信息化短板，實現山東水文發展“三步走”的戰略目標，支撐水文行業服務，加快推進“數字水文”建設，以水文信息化驅動水文現代化，為新時代水文改革發展提供技術支撐，為山東水文改革發展提供新動能。

8 總體目標

充分運用物聯網、大數據、云平臺、人工智能［2］、5G、衛星遙感、無人機、移動互聯等新一代信息技術，研究制定統一的水文現代化標準規范體系；構建縱向貫通、橫向互聯的水文信息采集物聯網；初步構建天地一體化水文智慧感知體系；系統整合水文數據資源，加強跨部門數據共享，積極利用互聯網資源；強化信息技術與水文業務深度融合。搭建一體化水文業務支撐平臺，研發縱向高效、橫向協同的一體化服務系統；拓展服務領域，開展跨部門業務協同；建設信息網絡安全管控平臺；基于“水文一張圖”，為防汛抗旱、水資源開發利用、水土流失、生態環境保護、水利強監管、應急管理和社會公眾等，提供優質的水文產品和服務，全面推進水文現代化進程。

8.1 階段目標

近期，構建起較為完善的水文水資源監測網絡，建立起較為完善的站網管理運行長效機制，基本實現水文信息采集自動化、傳輸網絡化、處理科學化和服務全面化；到2035年，建成站網完善、功能完備、運行高效、服務優質的現代水文，全面實現水文現代化；到2050年，建成一流的現代化水文強省。

8.2 當前任務

完成水文設施建設工程，進一步完善全省大中型水庫及上游入庫河流、骨干河流及重要河道的水文監測站網體系，提升各級水情中心綜合能力。包括新建改建水文監測站點，完善應急監測設施，改建各級水情中心，初步建設水文應用平臺與系統集成等。

8.3 “十四五”規劃

初步構建天空地一體化水文感知網、完善全面互聯高速可靠水文業務網絡、建設智能分析庫、構建創新協同的智能應用、建設網絡安全威脅感知系統，提升應急處置能力、建設智慧水文保障體系，初步實現水文現代化。主要內容包括完善提升地表水、地下水、水資源、水生態、水土保持、城市水文等水文監測站網；建設水文一體化應用服務系統，包括水文物聯網、業務網、專業云、數據資源中心、應用支撐平臺、一張圖、綜合運維平臺等；研發洪旱情報預報系統、水資源調查評價系統、水文站網管理系統、水文信息服務系統和大數據分析模型庫等。

9 設計原則

9.1 整體規劃、全面推進

水文信息化是一項系統工程。涵蓋了水文信息監測、數據匯聚存儲處理、綜合分析應用、設施設備運行維護和水文事務管理的方方面面，是一個有機整體，須由數字水文建設工作組統一組織，立足當前，著眼長遠，用可持續發展的理念通盤考慮，強化頂層設計，科學確定目標任務，統一規劃建設項目，科學制定實施方案、技術標準和數據規范，建立健全項目審核、備案、監督、驗收、評價機制。按照統一技術架構、整合信息資源、促進應用協同、保障良性持續推進的原則，構造標準化的數據資源管理與信息應用服務體系，充分整合行業內部外部信息資源和應用系統，建設數據匯聚、存貯、計算、管控和職能分析平臺，實現水文業務和管理事務一體化。

9.2 需求牽引、問題導向

要把水文信息化建設同水利工程補短板、水利行業強監管的水利改革發展總基調結合起來，緊緊圍繞數字山東、數字政府和數字水利建設，以問題為導向，深入開展水文業務需求分析，結合重大水利工程補短板項目建設，在頂層設計框架下，規劃建設水文信息化項目，有計劃地分步推進數字水文建設。

9.3 整合資源、強化支撐

水文數據是水文工作的立足之本，是水文事業發展的寶貴資源，信息化建設要始終以數據為本，把水文數據的匯聚、存儲、整合、共享、交換、挖掘、服務作為信息化建設的核心。在水文系統現有監測數據、基礎數據和業務數據的基礎上，整合各類涉水數據資源，按照統一的數據資源體系，整合水文數據資源，建設數據智能分析應用支撐平臺，應用大數據分析技術，實現數據資源的全面互聯和充分共享，強化對水文業務應用的數據支撐。

9.4 全面應用、強化服務

依托省政務云平臺、政務網、水利業務網和水文網，建設山東水文專用云平臺，在數據資源整合的基礎上，基于大數據分析技術進行數據智能分析［3］，將現代信息技術與水文工作深度融合，全面推動信息技術在監測服務、預報服務、水資源服務、水生態環境服務、水文行業管理與公眾服務等方面的應用，全面提升水文業務、管理和服務的能力和水平。

9.5 實用先進、安全高效

水文信息化建設要解決水文工作實際問題，讓信息技術更好地造福水文，提高工作效率，減輕勞動強度，全面提升水文服務能力和水平，把全面推進水文工作作為出發點和落腳點。充分利用物聯網、云計算、移動互聯網、大數據和人工智能等先進信息技術，以解決四水問題為重點，在保障信息安全的前提下，全面提升水文業務、事務管理和水文服務水平。

9.6 創新機制、權責分明

理順水文信息化建設管理體制，建立健全管理機構，制定適用于山東水文信息化建設的立項備案、實施、監督、驗收、應用、推廣、維護和考核等管理制度，明確各處室和各市局在信息化建設各個階段的事權劃分，明確職責分工，加強制度考核。建立健全水文信息化建設管理和運行維護資金保障長效機制，確保信息化建設穩步推進，持續發揮效益。

10 設計構想

將新一代信息技術廣泛應用到水文業務領域，從信息采集、網絡傳輸、數據整合到深度挖掘、智能應用、水文決策與公眾服務等，各部分密切銜接、彼此耦合，形成智慧感知［3］、智能分析、輔助決策和信息發布的智慧水文體系。基于水文一體化云平臺，重點建設水文智慧感知、水文大數據、水文智慧應用和綜合保障四大體系。

10.1 水文云平臺

按照大中臺、小前臺、微服務的架構，基于云架構整合水文信息存儲計算資源，充分利用政務云、水利云等資源,構建集約高效、穩定可靠的水文綜合應用支撐云平臺，將水文業務應用的共性剝離，由平臺統一提供基礎軟件運行支撐、框架結構和基礎組件服務支撐，減少重復開發建設，實現水文業務協同與融合，支撐水文業務應用的快速定制開發，包括水文管理平臺、應用支撐平臺和水文一張圖等。

10.2 水文智慧感知

依托山東省政務云平臺和山東省政務網，充分利用衛星、無人機、5G、物聯網和自動監測與控制技術等先進信息技術，構建常規與應急互補、點線面配套、空中地表地下同步監測的天地一體化山東水文信息采集物聯網，形成覆蓋全省的各類監測對象、各類要素的全方位信息獲取、網絡傳輸、信息匯聚及設備運行狀態感知運維管控能力，實現對水文要素動態感知，為數字水文建設提供基礎信息支撐。

10.3 水文大數據

水文數據資源是水文大數據發展基礎和核心，依托水文云平臺、政務網、水利網和水文信息采集物聯網，提升數據獲取能力，基于水文監測信息，充分匯聚集成來自水利、氣象、測繪、國土、環保、交通、能源等行業和社會公眾及網絡的信息資源，建設數據資源池、水文數據中臺和水文應用中臺為水文大腦建設提供數據和應用支撐，為水文工作提供智慧應用支撐。

10.4 水文智慧應用

基于水文云平臺和大數據支撐，建立既相互獨立又彼此協同的水文業務應用模塊的水文大腦。在整合現有水文業務應用系統的基礎上，優化業務處理流程，進行模塊封裝復用，利用大數據云平臺，開展水文數據深度挖掘和應用，建設模型庫、算法庫和數據圖譜等，實現站網運行管理、水文預警預報、水資源管理、水生態保護、水環境監測、水土保持、超采區治理和海水入侵等綜合應用分析評價預測，全面提升新時代水文服務能力，為防汛抗旱、水資源管理、水環境保護提供技術支撐，為社會公眾提供優質水文服務。

10.5 綜合保障

水文信息化是現代信息技術與水文工作的高度融合，信息技術日新月異，為保障水文信息化工作的持續推進，須建立健全水文信息化的綜合保障機制。強化水文信息化建設管理，構建水文信息網絡安全保障體系，完善水文信息化建設標準體系，建立工作協調機制、資金投入機制和人才培養機制等。確保項目建設管理規范有序，運行維護專業可靠、平臺架構平穩高效運行，保障建設項目持續發揮效益。

水文信息化建設永遠在路上，需要一代又一代人付出艱苦的努力。山東水文認真貫徹落實“水利工程補短板、水利行業強監管”水利改革發展總基調，以需求為導向，以“安全、實用”為重點，立足山東水文工作實際，按照數字政府、數字水利建設要求，緊緊圍繞新時代水文服務水利和國民經濟發展大局，大力推進數字水文建設，更好地服務經濟社會發展。